□ 中国建筑设计院有限公司 陈晓冉 贾瑜
摘要：本文以我国北方地区某城市某办公楼两个房间为例，通过现场检测得出了内外遮阳系统对建筑物室内温度波动和能耗影响。经过分析与比对，我们发现遮阳系统在建筑节能方面能够发挥极大作用并对为以后的建筑遮阳的地方标准作出数据积累和贡献。
关键词：遮阳系统；温度波动；建筑能耗；节能率
现代的建筑物，尤其是大型办公建筑，为了最大限度地利用太阳光来改善室内环境，往往会使用大面积的窗户甚至是玻璃幕墙，带来了能耗的成倍增长。目前对遮阳装置和窗体组合后形成的遮阳系统对室内遮阳热舒适度及能耗影响的研究尚为空白。我国南方地区大部分建筑都采用了遮阳，而北方普遍忽视了采用遮阳装置的重要性，因此本文针对北方地区内外遮阳装置对建筑物室内温度波动和能耗影响的研究工作，展现遮阳系统在建筑物节能方面发挥的重大作用，希望引起全社会对设置遮阳装置的重视。
美国研究人员分别对通过墙体与玻璃进入室内的太阳辐射量进行对比，结果显示通过玻璃进入室内的太阳辐射量是墙体的30倍以上。“欧洲遮阳组织”于2005年12月发表了一份研究报告《欧盟25国遮阳系统节能及二氧化碳减排》。该报告分别研究了不同气候条件的东欧几个国家的典型住宅和办公楼，对于不同地区的建筑采用遮阳对减少空调和采暖的需求做了深入的研究计算，并按照不同的建筑类型，主要朝向、用户习性、窗户类型、遮阳设施、气候条件等24种典型情况进行组合，得出的制冷与采暖节能结果综合如表1所示[1]。
表1 不同纬度城市采用遮阳制冷与采暖节能结果
城市北纬采暖能耗需求降低(%）制冷能耗需求降低(%）罗马42° 5 30布达佩斯47.5° 10 30布鲁塞尔51° 10 15斯德哥尔摩59.3° 15 20欧盟平均10 25
表1的数据表明，尽管千差万别，设置遮阳系统对减少制冷能耗需求的效果比减少采暖能耗需求的效果更为明显。一般情况下，设置遮阳对纬度较低的地区制冷能耗需求降低较多，而为纬度较高的地区采暖能耗需求降低较多。
如果与欧盟国家相比，中国纬度相对较低，太阳辐射更为强烈，因此该地区夏天要比欧洲气温高出很多，然而房屋保温隔热质量总体上却要比欧盟国家差，因此采用建筑遮阳的节能效果会比欧洲国家更好。但是目前我国还没有做建筑物遮阳系统节能效果测试的相关研究工作。本课题在国外已有的研究工作基础上，采用对比试验，将采用一种内遮阳装置的房间和采用两种外遮阳装置的房间分别与空白房间进行对比，研究夏季室内得到太阳辐射量和室内空调的耗能量变化。
本试验选择某办公楼三楼两间相同的房间，房间窗户为5mm厚单层外窗且均在南墙，窗户长1.8m，宽1.8m。A房间设置内遮阳系统（灰白色），窗外设置白色外遮阳蓬；B房间设置与A房间相同的内遮阳系统，窗外设置绿色外遮阳蓬。2011年6月3日14：12至6月7日14：20进行空调调试，设定房间温度22℃，A房间耗电量32.45 KWh，B房间耗电量32.77 KWh，近似为2房间空调机功率一定。
3.1 仪器布置
两个间房间均设置相同的空调机和电能表，电能表与空调机相连以测量空调消耗的电量，每个房间布置一个温度传感器，一个太阳能辐射仪，室外布置一个太阳能辐射仪和一个温湿度传感器。其中，室外温湿度仪距建筑南墙玻璃窗1.05米，室外太阳能辐射仪距建筑南墙玻璃窗1.75米，室内太阳能辐射仪距窗台边15厘米，距地1.25米（窗台高1.15米），室内温度传感器放置室内中心点，距地1.5米，不受空调直吹。本试验采用TRM-2型太阳能测试系统，分别监测两个房间的室内太阳辐射、室内温度、室外太阳辐射和室外温度湿度。试验房遮阳系统及各项仪器布置如图1、图2及图3所示。
3.2 技术路线
技术路线主要内容为：如果不同颜色遮阳系统在节能效果上差别不大时，只考虑采用白色外遮阳系统进行检测研究。分别测试不开启空调和开启空调两种情况下不同遮阳系统与空白房间相比较对室内温度波动的影响以及空调能耗情况。
图1 A房间仪器摆放实景图
图2 B房间仪器摆放实景图
图3 室外仪器摆放和遮阳布置实景图
图4 两个房间7月9至7月18日室内外温度波动及太阳辐射值试验数据
图5 两个房间7月11日室内外温度波动及太阳辐射值试验数据
（1）首先考虑不同颜色外遮阳系统的影响，6月12日至6月16日，A房间白色外遮阳和B房间绿色外遮阳，在都不开空调时检测室内温度和太阳辐射值随室外温度和太阳辐射值的波动。测得室外温度波动范围为22.3℃～37.9℃。A、B两房间各自室内温度波动不大，A房间比B房间温度普遍高出0.2℃，最高温度相差0.4℃，可以近似认为两个房间温度一致，可以得出白色外遮阳和绿色外遮阳效果相差不多。
表2 遮阳检测试验工况结果记录表
注：表格内白色外遮阳简称白外，绿色外遮阳简称绿外，白色内遮阳简称白内，无遮阳房间简称空白。
实验条件日期(2011年)室外温度(℃)太阳辐射比耗电量（KWh）A房间白外B房间绿外6.12至6.16 22.3～37.9 A≈0.11 B≈0.08 0不开空调测室内温度和太阳辐射值随室外温度和太阳辐射值的波动及影响A房间白外----A1 B房间空白----B1 6.18至6.22 23.2～36.3 A≈0.1 B≈0.2～0.4 0 A房间白内----A2 B房间空白----B2 6.25至6.29 22.2～34.1 A≈0.1～0.2 B≈0.2～0.3 0 A房间白内----A3 B房间空白----B3 7.2至7.7 21.5～38 A≈0.1～0.2 B≈0.1～0.3 A=31.59 B=36.04节能率12.3%开空调恒定室温25度，测耗电量及室内外太阳辐射值A房间白外----A4 B房间空白----B4 7.9至7.18 21.8～38 A≈0.08～0.1 B≈0.1～0.3 A=44.16 B=53.22节能率17% A房间白外----A5 B房间白内----B5 8.16至8.25 20～37 A≈0.09～0.14 B≈0.15～0.2 A=45.75 B=49.15节能率7%
（2）其次考虑空调是否开启以及内外遮阳系统不同选择下对室内能耗量的影响。以空调开启下，A房间采用白色外遮阳系统，B房间进行空白对照的工况为例，进行试验数据分析。
7月9日至7月18日，A房间采用白色外遮阳，B房间空白，开空调保持室温恒定25℃，测室内温度波动、耗电量及室内外太阳辐射值，如图4、图5所示。
从上可以看出，室外温度波动范围为21.8℃～38℃，A4外遮阳室内温度波动较B4平稳，A4温度范围为24.3℃～26.5℃，B4温度范围为24.6℃～26.3℃，太阳辐射比A4为0.08～0.1左右，B4为0.1～0.3左右，通过曲线图可以看出B4空调开启次数大于A4，因此B4耗电量大，而从耗电量具体数据上，我们测得A4耗电量44.16 KWh，B4耗电量53.22 KWh，采用外遮阳比不采用遮阳的房间节约17%的能耗。
其他工况试验数据分析不再赘述，其中定义太阳辐射比为室内太阳辐射与室外太阳辐射的比值，太阳辐射比越大，说明进入房间的太阳辐射越多，遮阳效果越差。本文试验定义得出的节能率为有遮阳的房间耗电量与无遮阳房间耗电量之差与无遮阳房间耗电量的比值。最终试验结果如表2所示。
通过对我国北方地区某城市两间南北向建筑面积为8.55m2、南墙窗户面积为1.8m×1.8m的房间进行遮阳系统的研究试验，得出以下结论：
（1）采用同种材料、不同颜色（白色和绿色）的外遮阳装置对遮阳效果影响不大。
（2）夏季有外遮阳房间比空白房间节约17%能耗；夏季有内遮阳房间比空白房间节约12.3%的能耗；夏季有外遮阳房间比有内遮阳房间节约7%的能耗。
（3）太阳辐射比越小，其房间耗能越小，节能率越小。
通过试验结论我们发现北方建筑遮阳系统在降低空调制冷能耗上发挥了极大作用。实际上目前建筑遮阳在发达国家已经广泛应用，欧洲一些国家甚至家家户户普遍采用遮阳。我国在建筑节能方面的认识还较为落后，本文希望通过相关试验数据的支撑，引起人们对遮阳系统在北方地区节能方面能力的重视，在我国北方未来能够实现从设计、建设、运行维护等各个环节推广遮阳系统的应用，为低碳节能贡献力量。
本试验的另一个目的是想通过研究建筑遮阳能降低建筑能耗，与此同时遮阳产品即将大量进入建筑市场，我们想抛开以往只针对遮阳产品进行检测，建立一种对建筑遮阳系统进行有效的现场快速检测方法。通过试验我们发现太阳辐射比和房间耗能量有这一定的规律性，其中太阳辐射比越小，其房间耗能越小。因此我们提出用遮阳系统的太阳辐射比代表建筑物耗能的大小，用太阳辐射比来评价建筑物耗能性。目前我们的研究将为以后的建筑遮阳的地方标准作出数据积累和贡献。
参考文献：
[1]涂逢祥.建筑节能.北京：中国建筑工业出版社，2010.6.
作者简介：
DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2017.07.018
陈晓冉，本科及硕士毕业天津大学供热供燃气通风及空调工程，2009年就职于天津市建筑科学研究院从事PKPM能效测评及建筑节能现场检测工作，2012年至今就职于中国建筑设计院有限公司从事住宅小区、办公建筑及地下人防工程的暖通空调设计工作。
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